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摘 要：竞走是一种两脚交替走步的田径运动。竞走与跑步的根本区别在于竞走时两脚必须与地面轮换接触，不能有双脚腾空阶段。而现实的竞走比赛中，全凭裁判的肉眼与经验来裁定犯规与否，裁判员的主观判定无可避免地存在着漏判、错漏情况。轻则影响参赛者心理状态、重则颠覆比赛结果，这违背比赛公平竞争的基本原则。
而本设计的目的即是通过更可靠的辅助装置，来帮助裁判判别运动员竞走时腾空犯规与否，这对参赛者来讲，基本能实现人人平等的良好竞技环境，使人为因素的影响达到最小化。
竞走智能报警器联系课堂所学基础电路知识：欧姆定律、通路、短路、串并联回路等原理，把鞋前掌与后跟的常开触点、导线、LED、计数器和蜂鸣器，通过串并联回路设计，当鞋内的任一常开触点受力闭合时，短接报警装置，报警装置不会报警，而当双脚腾空发生时，4个常开触点都处于断开位置，在参赛者腰上的报警器发出蜂鸣声和红色闪光信号，同时，计数器会记录一次犯规，从辅助的角度来帮助裁判员更轻松更稳妥地裁定犯规与否。
关键词：竞走;裁判;欧姆定律;串并联电路
一、课题由来：
本作品由来来源于学校运动会的竞走比赛中，由于技术上的一些不足，包括我在内的一些参赛选手，对裁判的判罚存有异议，但又苦于无法自证;而担任裁判的老师也由于缺乏客观证据，无法向我及其他选手证明其判罚的正确性。
在物理课上，老师讲解并联回路时提到，四门轿车的任一扇门开启着，车厢内灯就会长亮，是因为四扇门各有一个小开关，与车厢内灯泡并联，只要有一扇门开启，灯就会长亮，四扇门都关上时灯才熄灭。让我不禁想到，如果竞走运动员的鞋子也能装上类似的装置，在运动员犯规时灯就能亮，将能减少很多争议。
竞走是一种两脚交替走步的田径运动，比赛于田径场或公路上进行。在奥运会和重大田径赛事中男子有20公里和50公里公路竞走、20公里田径场地竞走;女子有5公里田径场地竞走、10公里公路竞走。而竞走与跑步的根本区别就在于走步时双脚必须与地面轮流接触，不可有双脚腾空阶段。
根据作者观察理解，在各种人为与非人为因素的综合情况下，裁判员的主观判定无可避免地存在着错漏，这样的疏忽轻则影响参赛者心理状态、重则颠覆比赛结果，这对执行公平竞争的基本准则存在着不能忽视的隐患，甚至为人为操纵比赛结果创造了温床。
结合课堂所学的基础电路内容，作者决定设计一个结构简单的竞走智能报警器，以解决上述问题。本设计灵感来源于击剑运动中的电子裁判辅助器和小朋友们爱穿的闪灯童鞋。
二、原理
欧姆定律：导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。
（表达式：I=U/R）
通路：在闭合电路中，从电源正极流出，经过用电器，返回负极，形成完整的回路，称之为通路。通路是在电路中，处处连通的电路。
断路：当电路没有闭合开关，或者导线没有连接好，或用电器烧坏或没安装好时，即整个电路在某处断开，处在这种状态的电路叫做断路。
短路：电流自电源一端未流过负载而直接流回电源的另一端，电流没有经过用电器而构成回路。
三、制作过程
（一）制作材料
12V电池2节;电源控制开关1个;6-24V蜂鸣器;常开触点4套;12-24V接点计数器1个;24V中间继电器1个;100Ω电阻1个;细软铜导线若干;刀锋跑步鞋一双等。
（二）制作工具
小刀、剥线钳、螺丝刀、万用表、透明胶、硅胶、3M绝缘胶带、电烙铁等。
（四）电路设计
上图中S为直流电源;R为一阻值为100Ω的小电阻，与电源串联起限流作用;K为开关;LED为发光二极管;speaker为蜂鸣器;4副断开触点并联于声光回路，在接触时将LED和speaker短路。
（四）竞走智能报警器的制作：
竞走智能报警器的制作较简单，先将电阻与电源串联，再将4对触点与蜂鸣器及LED灯并联连接，并固定，具体步骤如下：
1.准备好运动鞋一双（刀锋跑步鞋）、腰带一根，市场上很容易买到。
2.蜂鸣器、常開触点、计数器、中间继电器，这些材料都是在淘宝上买的，但是也费了不少周折，计数器买的是5位数的，但厂家发货是6位计数的，显得有点大。
3.为找到合适的电阻，本设计中测试了3种电阻，分别是1 KΩ、100Ω和10Ω;选用1KΩ时，由于电阻过大，无法供给蜂鸣器以正常工作电压，故蜂鸣器启动不成功。选用10Ω时，由于电阻过小，虽然蜂鸣器能启动，但电流过大，将近1A，以致12V电池放电过快，使装置的工作时间大大缩短;最后选用100Ω时，电阻大小合适，顺利启动蜂鸣器，同时电池短路电流降低到90mA，得到足够长的电池寿命。
4.在R、L线路两侧各引出2根1.5M左右导线，使用电烙铁加热已剥好导线的裸露部分，均匀涂抹好松香，利用焊锡将开关、电阻、触点及蜂鸣器等并联焊接牢固。焊接时单人操作较困难，最好两人相互配合。
5.报警装置做好后，合上电源开关计数器却不动作，查接线都正确就是计数器没反应，在无数次试验后怀疑计数器工作原理可能不对时，一不小心碰落计数器接点一根线，计数器奇迹般的动作了，原来计数器动作内部已经短接了，外面只要接一根线即可。
5. 将电池、蜂鸣器和计数器用透明胶带包裹紧密，将其固定在腰带上。
6. 用502胶水将4对触点分别固定在两只运动鞋底前后片状空隙内，触点装置采用行程较短的弹簧触轴，保证了上千次的耐用性;而触点选用铜材质以保证接触良好的同时兼具足够的灵敏度。
将接点连接的线置入鞋底缝隙处，用胶带固定，当电源开关闭合时，四个常开触点处于断开状态，此时，蜂鸣器回路接通，腰带上的蜂鸣器发出声音，同时LED灯发光。而当任意一个常开触点闭合后，回路短路，报警灯立即熄灭，蜂鸣器停止工作。 7、第三代竞走智能报警器采用计数器亮屏显示来代替原来的电源灯，通电时屏幕显示又大又亮，当运动员犯规时，裁判视线容易被遮挡，声音也听不清楚，会误判漏判，增加计数器后，每次犯规都会被记录下来，并累计统计，裁判又多了一个辅助功能，使判罚更准确，同时减少裁判的人数和工作量;选用两节12V电池后，计数器后电池电量消耗过快电源灯和蜂鸣器都能正常启动;报警器的底座采用电木万能板“洞洞板”，使焊接、接线更方便。
然而，第三代竞走智能报警器在演示过程中还存在一些不足，例如：
（1）原先常开触点藏于鞋垫下面，运动员在竞走时还存在作弊行为，因为脚在鞋子里有一定活动空间，脚趾头的小动作无法监督到位。现在使用先进的刀锋跑步鞋，将常开触点直接固定在鞋底的刀锋内，脚趾头无法作弊，使比赛更加公平公正。
（2）导线也从鞋子外面引出，运动员不会扯到导线，行动更加方便，采用对运动员行动影响降低到最小。
（3）采用性能更好的中间继电器KM，保證继电器的灵敏度和可靠性，继电器线圈通电后同时接通两付接点KMI和KM2，使蜂鸣器、计数器动作同步。
四、第四代作品演示
双脚站立时，计数器屏幕亮，代替电源灯，报警灯不亮
双脚离地时灯亮，计数器动作
左脚离地，右脚在地时报警灯不亮，计数器不动作
右脚离地，左脚在地时报警灯不亮，计数器不动作
在比赛时开启竞走智能报警器系统，计数器屏幕亮代替电源指示灯，证明电源开关开启及回路正常。当运动员竞走时，脚与地面接触，至始至终有一个常开触点是闭合的，此时回路将蜂鸣器短路，蜂鸣器不会报警，计数器也不会计数;当运动员双脚腾空犯规时，4副常开触点全部断开，对直流源的短路效果消失，继电器里线圈通过电流，同时闭合两付接点，蜂鸣器开始工作，报警灯发出亮光，计数器动作一次。
比赛过程中，一旦发现报警灯闪烁、蜂鸣器发出鸣叫声时，则说明运动员犯规，同时计数器记录犯规1次。
五、结论
竞走智能报警器小巧、轻便、可随身携带不会对运动员造成不适感;能够准确无误地起到犯规报警作用，有效避免了运动员和裁判双方之间不必要的争执，从辅助的角度来帮助裁判员更轻松更稳妥地裁定犯规与否，让事实来说话。
六、作品的优化
（1）原先三代的运动鞋，常开触点置于鞋垫下面，运动员在竞走时还存在作弊行为，因为脚在鞋子里有一定活动空间，脚趾头挤压触点的犯规动作裁判无法监督到。然而，使用刀锋跑步鞋，将常开触点直接固定在形式刀锋的鞋底内侧，使脚趾头无法接触到触点，让比赛更加公平公正。
（2）导线也从鞋子外面引出，运动员不会扯到导线，行动更加方便，采用对运动员行动影响降低到最小。
（3）采用性能更好的中间继电器KM，保证继电器的灵敏度和可靠性，继电器线圈通电后同时接通两付接点KMI和KM2，使蜂鸣器、计数器动作同步。
4. 以上皆可根据成本要求进行优化替换。
七、参加创新活动的感悟
其实生活中有很多点点滴滴看上去微不足道，但深入研究就会发现别有洞天，远非动脑一分钟就能想明白个所以然。而这次四代作品设计改进看似简单，也着实花了一些功夫。从竞走的历史和现状，规则和判罚这些基本点去调查认知。再到运动鞋的形状、外底的结构、中底、鞋垫等，以及运动鞋的橡胶、弹性的了解和实践。最后还有对身边无处不在的电路及发光二极管的以及中间继电器的研究理解，对计数器不动作没有选择放弃，而是坚持不懈的查找原因，最终得到胜利女神的眷顾，幸运的找到原因。特别是身处于这个信息时代，通过网络来获取相关知识，教人享受到了获取知识和实践过程中的快乐以及自豪。
参考文献
[1] 百度百科 baike.baidu.com
[2] 维基百科 zh.wikipedia.org
而本设计的目的即是通过更可靠的辅助装置，来帮助裁判判别运动员竞走时腾空犯规与否，这对参赛者来讲，基本能实现人人平等的良好竞技环境，使人为因素的影响达到最小化。
竞走智能报警器联系课堂所学基础电路知识：欧姆定律、通路、短路、串并联回路等原理，把鞋前掌与后跟的常开触点、导线、LED、计数器和蜂鸣器，通过串并联回路设计，当鞋内的任一常开触点受力闭合时，短接报警装置，报警装置不会报警，而当双脚腾空发生时，4个常开触点都处于断开位置，在参赛者腰上的报警器发出蜂鸣声和红色闪光信号，同时，计数器会记录一次犯规，从辅助的角度来帮助裁判员更轻松更稳妥地裁定犯规与否。
关键词：竞走;裁判;欧姆定律;串并联电路
一、课题由来：
本作品由来来源于学校运动会的竞走比赛中，由于技术上的一些不足，包括我在内的一些参赛选手，对裁判的判罚存有异议，但又苦于无法自证;而担任裁判的老师也由于缺乏客观证据，无法向我及其他选手证明其判罚的正确性。
在物理课上，老师讲解并联回路时提到，四门轿车的任一扇门开启着，车厢内灯就会长亮，是因为四扇门各有一个小开关，与车厢内灯泡并联，只要有一扇门开启，灯就会长亮，四扇门都关上时灯才熄灭。让我不禁想到，如果竞走运动员的鞋子也能装上类似的装置，在运动员犯规时灯就能亮，将能减少很多争议。
竞走是一种两脚交替走步的田径运动，比赛于田径场或公路上进行。在奥运会和重大田径赛事中男子有20公里和50公里公路竞走、20公里田径场地竞走;女子有5公里田径场地竞走、10公里公路竞走。而竞走与跑步的根本区别就在于走步时双脚必须与地面轮流接触，不可有双脚腾空阶段。
根据作者观察理解，在各种人为与非人为因素的综合情况下，裁判员的主观判定无可避免地存在着错漏，这样的疏忽轻则影响参赛者心理状态、重则颠覆比赛结果，这对执行公平竞争的基本准则存在着不能忽视的隐患，甚至为人为操纵比赛结果创造了温床。
结合课堂所学的基础电路内容，作者决定设计一个结构简单的竞走智能报警器，以解决上述问题。本设计灵感来源于击剑运动中的电子裁判辅助器和小朋友们爱穿的闪灯童鞋。
二、原理
欧姆定律：导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。
（表达式：I=U/R）
通路：在闭合电路中，从电源正极流出，经过用电器，返回负极，形成完整的回路，称之为通路。通路是在电路中，处处连通的电路。
断路：当电路没有闭合开关，或者导线没有连接好，或用电器烧坏或没安装好时，即整个电路在某处断开，处在这种状态的电路叫做断路。
短路：电流自电源一端未流过负载而直接流回电源的另一端，电流没有经过用电器而构成回路。
三、制作过程
（一）制作材料
12V电池2节;电源控制开关1个;6-24V蜂鸣器;常开触点4套;12-24V接点计数器1个;24V中间继电器1个;100Ω电阻1个;细软铜导线若干;刀锋跑步鞋一双等。
（二）制作工具
小刀、剥线钳、螺丝刀、万用表、透明胶、硅胶、3M绝缘胶带、电烙铁等。
（四）电路设计
上图中S为直流电源;R为一阻值为100Ω的小电阻，与电源串联起限流作用;K为开关;LED为发光二极管;speaker为蜂鸣器;4副断开触点并联于声光回路，在接触时将LED和speaker短路。
（四）竞走智能报警器的制作：
竞走智能报警器的制作较简单，先将电阻与电源串联，再将4对触点与蜂鸣器及LED灯并联连接，并固定，具体步骤如下：
1.准备好运动鞋一双（刀锋跑步鞋）、腰带一根，市场上很容易买到。
2.蜂鸣器、常開触点、计数器、中间继电器，这些材料都是在淘宝上买的，但是也费了不少周折，计数器买的是5位数的，但厂家发货是6位计数的，显得有点大。
3.为找到合适的电阻，本设计中测试了3种电阻，分别是1 KΩ、100Ω和10Ω;选用1KΩ时，由于电阻过大，无法供给蜂鸣器以正常工作电压，故蜂鸣器启动不成功。选用10Ω时，由于电阻过小，虽然蜂鸣器能启动，但电流过大，将近1A，以致12V电池放电过快，使装置的工作时间大大缩短;最后选用100Ω时，电阻大小合适，顺利启动蜂鸣器，同时电池短路电流降低到90mA，得到足够长的电池寿命。
4.在R、L线路两侧各引出2根1.5M左右导线，使用电烙铁加热已剥好导线的裸露部分，均匀涂抹好松香，利用焊锡将开关、电阻、触点及蜂鸣器等并联焊接牢固。焊接时单人操作较困难，最好两人相互配合。
5.报警装置做好后，合上电源开关计数器却不动作，查接线都正确就是计数器没反应，在无数次试验后怀疑计数器工作原理可能不对时，一不小心碰落计数器接点一根线，计数器奇迹般的动作了，原来计数器动作内部已经短接了，外面只要接一根线即可。
5. 将电池、蜂鸣器和计数器用透明胶带包裹紧密，将其固定在腰带上。
6. 用502胶水将4对触点分别固定在两只运动鞋底前后片状空隙内，触点装置采用行程较短的弹簧触轴，保证了上千次的耐用性;而触点选用铜材质以保证接触良好的同时兼具足够的灵敏度。
将接点连接的线置入鞋底缝隙处，用胶带固定，当电源开关闭合时，四个常开触点处于断开状态，此时，蜂鸣器回路接通，腰带上的蜂鸣器发出声音，同时LED灯发光。而当任意一个常开触点闭合后，回路短路，报警灯立即熄灭，蜂鸣器停止工作。 7、第三代竞走智能报警器采用计数器亮屏显示来代替原来的电源灯，通电时屏幕显示又大又亮，当运动员犯规时，裁判视线容易被遮挡，声音也听不清楚，会误判漏判，增加计数器后，每次犯规都会被记录下来，并累计统计，裁判又多了一个辅助功能，使判罚更准确，同时减少裁判的人数和工作量;选用两节12V电池后，计数器后电池电量消耗过快电源灯和蜂鸣器都能正常启动;报警器的底座采用电木万能板“洞洞板”，使焊接、接线更方便。
然而，第三代竞走智能报警器在演示过程中还存在一些不足，例如：
（1）原先常开触点藏于鞋垫下面，运动员在竞走时还存在作弊行为，因为脚在鞋子里有一定活动空间，脚趾头的小动作无法监督到位。现在使用先进的刀锋跑步鞋，将常开触点直接固定在鞋底的刀锋内，脚趾头无法作弊，使比赛更加公平公正。
（2）导线也从鞋子外面引出，运动员不会扯到导线，行动更加方便，采用对运动员行动影响降低到最小。
（3）采用性能更好的中间继电器KM，保證继电器的灵敏度和可靠性，继电器线圈通电后同时接通两付接点KMI和KM2，使蜂鸣器、计数器动作同步。
四、第四代作品演示
双脚站立时，计数器屏幕亮，代替电源灯，报警灯不亮
双脚离地时灯亮，计数器动作
左脚离地，右脚在地时报警灯不亮，计数器不动作
右脚离地，左脚在地时报警灯不亮，计数器不动作
在比赛时开启竞走智能报警器系统，计数器屏幕亮代替电源指示灯，证明电源开关开启及回路正常。当运动员竞走时，脚与地面接触，至始至终有一个常开触点是闭合的，此时回路将蜂鸣器短路，蜂鸣器不会报警，计数器也不会计数;当运动员双脚腾空犯规时，4副常开触点全部断开，对直流源的短路效果消失，继电器里线圈通过电流，同时闭合两付接点，蜂鸣器开始工作，报警灯发出亮光，计数器动作一次。
比赛过程中，一旦发现报警灯闪烁、蜂鸣器发出鸣叫声时，则说明运动员犯规，同时计数器记录犯规1次。
五、结论
竞走智能报警器小巧、轻便、可随身携带不会对运动员造成不适感;能够准确无误地起到犯规报警作用，有效避免了运动员和裁判双方之间不必要的争执，从辅助的角度来帮助裁判员更轻松更稳妥地裁定犯规与否，让事实来说话。
六、作品的优化
（1）原先三代的运动鞋，常开触点置于鞋垫下面，运动员在竞走时还存在作弊行为，因为脚在鞋子里有一定活动空间，脚趾头挤压触点的犯规动作裁判无法监督到。然而，使用刀锋跑步鞋，将常开触点直接固定在形式刀锋的鞋底内侧，使脚趾头无法接触到触点，让比赛更加公平公正。
（2）导线也从鞋子外面引出，运动员不会扯到导线，行动更加方便，采用对运动员行动影响降低到最小。
（3）采用性能更好的中间继电器KM，保证继电器的灵敏度和可靠性，继电器线圈通电后同时接通两付接点KMI和KM2，使蜂鸣器、计数器动作同步。
4. 以上皆可根据成本要求进行优化替换。
七、参加创新活动的感悟
其实生活中有很多点点滴滴看上去微不足道，但深入研究就会发现别有洞天，远非动脑一分钟就能想明白个所以然。而这次四代作品设计改进看似简单，也着实花了一些功夫。从竞走的历史和现状，规则和判罚这些基本点去调查认知。再到运动鞋的形状、外底的结构、中底、鞋垫等，以及运动鞋的橡胶、弹性的了解和实践。最后还有对身边无处不在的电路及发光二极管的以及中间继电器的研究理解，对计数器不动作没有选择放弃，而是坚持不懈的查找原因，最终得到胜利女神的眷顾，幸运的找到原因。特别是身处于这个信息时代，通过网络来获取相关知识，教人享受到了获取知识和实践过程中的快乐以及自豪。
参考文献
[1] 百度百科 baike.baidu.com
[2] 维基百科 zh.wikipedia.org